第二章分子結構與性質第二節分子的空間結構第一課時分子結構的測定和多樣性價層電子對互斥模型1.了解分子結構的測定方法2.通過典型分子結構的學習，認識微觀結構對分子空間結構的影響，了解共價分子結構的多樣性和復雜性3.通過價層電子對互斥模型的探究，建立解決復雜分子結構判斷的思維模型分子的世界形形色色，異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。肉眼不能看到的分子，科學家是怎樣知道分子的結構的呢分子結構的測定1.早年的科學家主要靠對物質的化學性質進行系統總結得出規律后推測分子的結構。2.如今，科學家應用了許多測定分子結構的現代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。3.下面先介紹紅外光譜，下一章還將介紹晶體X射線衍射。分子結構的確定——紅外光譜法1.原理：分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。紅外光譜儀某有機物分子式為C2H6O，其紅外光譜圖如下，則該有機物的結構簡式是A.CH3CH2OH

B.CH3OCH3相對分子質量的確定——質譜法1.原理在質譜儀中用高能電子流轟擊樣品分子，使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現一系列峰，化學家對這些峰進行系統分析，便可得知樣品分子的相對分子質量。質譜儀相對分子質量＝最大質荷比甲苯的相對分子質量為921.可以準確判斷有機物分子中含有哪些官能團的分析方法是()A.核磁共振氫譜 B.質譜C.紅外光譜 D.紫外光譜C

2.質譜法能夠對有機分子結構進行分析，其方法是讓極少量的(10-9g)化合物通過質譜儀的離子化室，樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子，然后測定其質荷比。某有機物樣品的質荷比如圖所示(假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關),該有機物可能是（）A.甲醇(CH3OH)

B.甲烷

C.丙烷

D.乙烯B紫外光譜核磁共振氫譜1、利用幾何知識分析一下，空間分布的兩個點是否一定在同一直線？遷移:兩個原子構成的分子，將這2個原子看成兩個點，則它們在空間上可能構成幾種形狀？O2HCl2、利用幾何知識分析一下，空間分布的三個點是否一定在同一直線上？遷移：三個原子構成的分子，將這3個原子看成三個點，則它們在空間上可能構成幾種形狀？分別是什么？CO2H2O大多數分子是由兩個以上原子構成的，由于原子間排列的空間順序不一樣，于是分子就有了原子的幾何學關系和形狀，這就是分子的空間結構。多樣的分子空間構型三原子分子的空間結構——直線形和V形化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構模型空間結構空間充填模型球棍模型CO2

H2O

O:::CO:::::H:OH:::O=C=O180°直線形V形105°四原子分子的空間結構——平面三角形和三角錐形化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構模型空間結構空間充填模型球棍模型BF3

NH3

CH2OH:NH:::H107°三角錐形120°H:CO:::::H平面三角形平面正三角形約120°四原子分子其他空間結構（直線形、正四面體形）C2H2180°直線形P460°正四面體形97°94°H2O2五原子分子的空間結構——正四面體形和四面體形化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構模型空間結構空間充填模型球棍模型CH4

CH3Cl109°28'正四面體形H:CH:::HH四面體形P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6正八面體形其他多原子分子的空間結構C60C20C40C70CO2直線形180°H2O

V形105°CH2O平面三角形約120°NH3三角錐形107°三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，為什么它們的空間結構不同？化學式電子式分子的空間結構模型CO2H2OCH2ONH3CH4孤電子對成鍵電子對根據分子的電子式，再對照其球棍模型，運用分類、對比的方法，分析結構不同的原因。由于中心原子的孤電子對占有一定空間，對其他成鍵電子對存在排斥力，影響分子的空間結構。價層電子對互斥模型(VSEPRmodels)1.內容

價層電子對互斥模型認為,分子的空間結構是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結果。

“價層電子對”是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。

多重鍵只計其中的σ鍵電子對,不計π鍵電子對。2.價層電子對數的計算

價層電子對數＝σ鍵電子對數+孤電子對數①σ鍵電子對數可從化學式來確定。

ABn型分子，A為中心原子，B為與A用共價鍵結合的原子。n為結合的數量，也等于A與B之間結合的σ鍵個數，即σ鍵電子對的數量。σ鍵電子對數=中心原子結合的原子數分子中心原子中心原子結合的原子數σ鍵電子對數H2OO2NH3N3SO3S3233②中心原子上的孤電子對數1°根據電子式直接確定2°公式計算中心原子上的孤電子對數＝(a-xb)211、a為中心原子的價電子數（對于主族元素等于原子的最外層電子數）；2、x為與中心原子結合的原子數；3、b為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數（氫為1，其他原子為“8減去該原子的價電子數”，如氧和氧族元素中的S、Se等均為2，鹵族元素均為1；等等）CH4×(4-4×1)＝0NH3×(5-3×1)＝1H2O×(6-2×1)＝2212121分子或離子中心原子

a

x

b中心原子上的孤電子對數

SO2

NH4+

CO32-

CO2

SO42-SNCCS0145-1=412264+2=646+2=8324200220幾種分子或離子的中心原子上的孤電子對數對于陽離子，a=價電子數-離子電荷數；對于陰離子，a=價電子數+|離子電荷數|。3.價層電子對的空間結構（VSEPR模型）價層電子對數n=2n=3n=4n=5n=6VSEPR模型VSEPR模型名稱直線形平面三角形四面體形三角雙錐八面體形中心原子的價層電子對之間存在排斥力，將使分子的空間結構總是采取電子對相互排斥最弱的那種結構，以使彼此之間的排斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩定。3.分子的空間結構得到VSEPR模型以后，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，便可得到分子的空間結構。含孤電子對的VSEPR模型分子的空間結構模型105°由于孤電子對有較大排斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預測值。價層電子對互斥模型對分子空間結構的預測少有失誤，但它不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子。CH4、H2O、NH3的鍵角分別是109°28′、105°、107°，請解釋原因。價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規律：孤電子對－孤電子對＞孤電子對－成鍵電子對＞成鍵電子對－成鍵電子對

隨著孤電子對數目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角減小。109°28′分子或離子孤電子對數σ鍵電子對數價層電子對數VSEPR模型分子空間結構

CO2

CH4

NH4+SO42-

SO3CO32-H2OSO2

NH3HCN022直線形直線形044正